UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale
TESI DI LAUREA
Prove sperimentali e verifiche numeriche per un’ala di un
sistema di difesa aria-terra realizzata in materiale composito
Relatori:
Prof. Ing. Mario Chiarelli
Prof. Ing. Agostino Lanciotti
Dott. Ing. Massimo Petacchi Candidato:
Marco Siddi
Anno Accademico 2005-2006
La presente tesi, svolta in collaborazione con l'azienda MDBA Italia S.p.A., illustra l'attività di progetto della prova statica dell'ala del missile Marte MK2/s e ne documenta l'esecuzione. Sono descritte le proprietà costruttive dell'ala, caratterizzata da una struttura a guscio ottenuta per laminazione di preimpregnati in fibra di carbonio a matrice epossidica, ed è riportata una sintesi dell’analisi dei carichi. Successivamente vengono illustrati il funzionamento della macchina di prova e la modalità di esecuzione del test.
La parte centrale del lavoro è dedicata alla simulazione al calcolatore, eseguita con il software per la modellazione ad elementi finiti Ansys. Particolare attenzione è stata posta sulle tecniche di modellazione ed i tipi di elemento adottati per riprodurre il rivestimento in materiale composito e le giunzioni incollate presenti sia nella struttura dell'ala sia all'interfaccia tra la macchina e l'oggetto di prova. I risultati del modello numerico sono stati messi a confronto con le misure di spostamento e deformazione registrate dai trasduttori installati sull'ala.
La tesi si conclude con un'analisi critica dei risultati sperimentali e la verifica, tramite modello ad elementi finiti, di una proposta di modifica al disegno costruttivo dell'ala, finalizzata all'incremento della resistenza statica.
Indice
I
INDICE
1 INTRODUZIONE ...1
1.1 SCOPO DELLA TESI...1
1.2 PRESENTAZIONE DELL’AZIENDA...1
1.3 IL SISTEMA MARTE MK2/S...2
2 CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DELL’ALA ...4
2.1 CARATTERISTICHE GENERALI...4
2.2 COMPOSIZIONE DELL’ASSIEME MECCANICO DELL’ALA...5
2.2.1 Parte fissa ...6
2.2.2 Parte mobile...6
2.2.3 Dispositivo di dispiegamento e blocco ...7
2.3 STRATIFICAZIONE DEI PARTICOLARI IN MATERIALE COMPOSITO...9
3 ANALISI DEI CARICHI...12
3.1 PREMESSA...12
3.2 CONFIGURAZIONE DI CARICO MASSIMO...12
3.2.1 Condizioni di volo considerate ...12
3.2.2 Risultati...13 3.3 DISTRIBUZIONE DI PORTANZA...14 3.3.1 Dati di ingresso ...14 3.3.2 Risultati...16 4 MACCHINA DI PROVA...19 4.1 CARATTERISTICHE GENERALI...19
4.2 SUPPORTO DELL’ALA...21
4.3 CILINDRO IDRAULICO...21
4.4 CATTEDRALE DI CARICO...23
4.5 STAZIONI DI CARICO ED INTERFACCIA CON L’ALA...24
4.6 SISTEMA D’ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DATI...26
4.6.1 Celle di carico...26
4.6.2 Estensimetri ...27
4.6.3 Sensori di spostamento ...28
II
5.1 PREPARAZIONE DELL’ALA...33
5.2 MONTAGGIO E COLLEGAMENTO DELLA STRUMENTAZIONE...35
5.3 ALLESTIMENTO DELLA PROVA...36
5.3.1 Fase preliminare...36
5.3.2 Esecuzione della prova ...39
5.3.3 Fine prova...40
6 MODELLO AD ELEMENTI FINITI ...41
6.1 PREMESSA...41
6.2 GENERAZIONE DEI MODELLI SOLIDI...42
6.2.1 Codolo ...42
6.2.2 Tubo dentato e boccole dentate ...43
6.2.3 Stazioni di carico ...44
6.3 MODELLAZIONE DEL RIVESTIMENTO IN MATERIALE COMPOSITO (SEMIGUSCI)...45
6.3.1 Modelli di materiale relativi alle pelli...45
6.3.2 Scelta del tipo di elemento ...47
6.3.3 Definizione della stratificazione ...49
6.4 MODELLAZIONE DEGLI INCOLLAGGI...54
6.4.1 Modellazione degli incollaggi interni all’assieme ala ...55
6.4.2 Incollaggio delle stazioni di carico ...56
6.5 SCHEMATIZZAZIONE DEL MECCANISMO DI DISPIEGAMENTO E BLOCCO...60
6.6 SCHEMATIZZAZIONE DEI COLLEGAMENTI FILETTATI...64
6.7 CONDIZIONI AL BORDO...66
6.7.1 Vincoli...66
6.7.2 Carichi ...67
7 FASE ESECUTIVA E ANALISI DEI RISULTATI ...68
7.1 ESECUZIONE DELLA PROVA...68
7.2 INDAGINE SULLE CAUSE DI ROTTURA...69
7.3 RIEPILOGO DEI DATI ACQUISITI...72
7.4 CONFRONTO DELLE MISURE SPERIMENTALI CON I RISULTATI FEM...77
8 STUDIO DELLE MODIFICHE APPORTATE AL DISEGNO DELL’ALA ...80
8.1 DESCRIZIONE DELLE MODIFICHE...80
8.2 VERIFICHE STRUTTURALI ESEGUITE SUL NUOVO DISEGNO...81
Indice
III
8.3.1 Approssimazioni geometriche...82
8.3.2 Generazione della mesh...83
8.3.3 Condizioni al bordo ...84
8.4 RISULTATI...85
9 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI ...87
BIBLIOGRAFIA ...89
APPENDICE A CAMPIONE DI RISULTATI DEL MODELLO NUMERICO ...91
APPENDICE B FILE DI INPUT E OUTPUT DEL PROGRAMMA ESDU A9510 ...100
APPENDICE C PROVE PRELIMINARI SULL’ADESIVO SCOTCH WELD 9323 ..103
APPENDICE D CALCOLI DI VERIFICA DELL’ATTREZZATURA ...108
